車用尿素裝置的設計與運行分析

陳武東

（海洋石油富島有限公司，海南 東方 572600）

隨著我國經濟的持續快速發展，城市進程和工業化進程不斷加快，國家對環境保護的重視程度也越來越高。在此大背景下，柴油車尾氣排放氮氧化物（NOx）和固體顆粒（PM）對人類健康及大氣環境的危害已引起了高度關注［1］。其中，柴油車尾氣中氮氧化物（NOx）排放達標的關鍵是選擇性催化還原（SCR）技術，而SCR技術的必要添加劑為車用尿素溶液。

海洋石油富島有限公司（以下簡稱公司）化肥一期52萬t/a大顆粒尿素裝置，采用意大利斯納姆氨汽提尿素生產工藝，配以挪威海德魯流化床造粒技術。公司為適應市場需求變化，增加尿素產品的多樣性，對化肥一期大顆粒尿素裝置進行技術改造，用于生產車用尿素。

1 車用尿素生產裝置設計

1.1 工藝流程

在尿素生產過程中，尿素裝置低壓系統出口102℃的w（CO（NH2）2）85%的尿素溶液與45℃的脫鹽水在稀釋混合器混合（兩個物料管線上都設有流量計及調節閥，以便操作人員精確控制車用尿素溶液的濃度），然后進入車用尿素配制槽，待車用尿素配制槽達到一定液位后，啟動車用尿素配制槽泵，將車用尿素送至冷卻器降溫至38℃左右，同時監控密度儀的密度顯示，并穩定控制在指標范圍內。分析合格的車用尿素溶液部分經泵外送至車用尿素成品貯槽，部分繼續循環用于配制車用尿素溶液，并維持車用尿素配制槽液位穩定。車用尿素溶液經泵外送過程中，會經過一個精密過濾器，過濾車用尿素溶液中的不溶雜質。

車用尿素成品貯槽設置有成品貯槽泵，可將車用尿素溶液送至灌裝系統或者通過裝車系統銷售。

當車用尿素溶液指標不合格時，可以利用廢液回收管線，通過配制槽泵或者成品貯槽泵將車用尿素溶液回收。車用尿素生產工藝流程如圖1所示。

圖1 車用尿素生產工藝流程

1.2 主要設備

車用尿素裝置主要設備見表1。

表1 主要設備

2 車用尿素生產運行

2.1 車用尿素生產運行情況

公司車用尿素設計生產能力為5萬t/a，其成品貯槽貯存量可以滿足2～3 d生產要求。裝置自改造投用以來，車用尿素成品的各項指標如表2所示，滿足車用尿素溶液標準GB 29518—2013要求［2］。

表2 車用尿素成品分析結果

2.2 生產時車用尿素溶液濃度控制

車用尿素采用w（尿素）85%的尿素溶液及脫鹽水調配而成，理論計算，當車用尿素溶液w（尿素）為32.5%時，加入尿素溶液和脫鹽水的質量比為1.00∶1.62，但實際生產過程中，影響因素較多，此配比僅供參考。

針對此類情況，采用以下方式解決。

（1）需根據生產時的工況調整比例，尿素裝置正常情況下，尿素溶液w（尿素）在83%～86%，配制的車用尿素溶液w（尿素）在31.8%～33.2%，因此生產中尿素溶液和脫鹽水的實際質量比為1.00∶（1.50～1.70）。

（2）化肥一期車用尿素設計產能5萬t/a，理論上，滿負荷運行時尿素溶液用量約為2 650 kg/h，脫鹽水用量約為4 294 kg/h，實際生產過程中須考慮到流量計偏差、管線內殘留沖洗水、配制槽底部可能存液等因素的影響，操作人員需及時調整，保證產品指標合格。

（3）除了有靜態混合器將尿素溶液和脫鹽水混合均勻，還設計在車用尿素溶液配制時通過車用尿素配制槽泵循環進一步混合，循環時經過密度儀，這樣操作人員根據密度儀顯示，可以更精確地控制車用尿素溶液的密度和濃度。因車用尿素溶液在不同溫度下對應不同的密度，所以須根據配制時車用尿素溶液的溫度，來確定具體的密度指標，化肥一期控制車用尿素溶液溫度為38℃，此溫度下對應的密度為1 080～1 084 kg/m3。

（4）當密度儀顯示在指標范圍內且穩定后，需立即對配制槽內車用尿素溶液濃度、密度、折光率等進行分析，以確認配制的溶液是否合格，同時校對密度儀指示是否準確。

2.3 生產時沖洗水控制

整個車用尿素裝置如有沖洗水的加入，則會影響車用尿素溶液的最終產品質量。化肥一期車用尿素裝置目前管線沖洗水、設備沖洗水、車用尿素配制槽泵和成品貯槽泵的密封沖洗水，都可以進入車用尿素系統。

針對此類情況，采用以下方式解決。

（1）車用尿素裝置短期停車不需要沖洗，海南省東方市氣溫最低約為12℃，車用尿素溶液在此溫度下不會結晶堵塞，只有長時間停產，才使用水將管線和設備清洗干凈。同時在設備和管線的最低點都設有排放口，能將所有的沖洗水排放干凈，不影響下次生產。

（2）車用尿素配制槽泵和成品貯槽泵都是采用PLAN32+54（API682標準）的沖洗形式，其中PLAN32形式是注入式沖洗［3］，除了冷卻作用外，還防止泵體內車用尿素溶液進入密封腔室，但這樣會導致少量沖洗水進入車用尿素系統影響產品濃度。目前采用的解決方式是在開泵前和停泵后短時間沖洗密封，同時操作人員需關閉泵的進出口閥，沖洗后的水從泵體的低點導淋完全排放掉。

2.4 車用尿素溶液w（NH3）變化

車用尿素裝置如果長時間停止生產，隨著時間的推移，成品貯槽內的車用尿素溶液組分也會發生變化，其中變化最大的是w（NH3）。

w（NH3）與車用尿素的純度有關，w（NH3）升高說明部分車用尿素不純或已經分解。因海南省天氣炎熱，車用尿素溶液存放時間越久，分解會越多，純度越低，w（NH3）就會越高，具體情況見圖2。

圖2 車用尿素溶液中w（NH 3）變化趨勢

從圖2中可以看出，車用尿素溶液存放超過1個月，w（NH3）就會快速上升，針對此類情況，化肥一期采用以銷定產的方式解決，不長時間儲存。

2.5 不合格溶液回收

車用尿素裝置在精密過濾器出口管線上，設計了一根廢液回收管線，當車用尿素指標不合格時，可通過車用尿素配制槽泵或車用尿素成品貯槽泵將兩個罐的不合格溶液回收至大顆粒尿素系統重復利用，既節能又環保。

3 結束語

海洋石油富島有限公司化肥一期抓住化肥行業拓展的機遇，利用已有的大顆粒尿素裝置進行簡單技改生產車用尿素，投資費用低，建設周期短。同時車用尿素生產工藝與普通大顆粒尿素生產工藝比較，不新增廢水、廢氣、廢渣排放。因生產工藝流程簡單，所以對操作人員來說，無須重新學習培訓。

生產車用尿素經濟效益顯著，投資回報率較高，其作為公司產業鏈的延伸項目，達到了降本增效的目的，更重要的是推動公司逐漸轉型，將成為公司轉型的方向之一。